Tiada niat untuk menyinggung Einstein, tetapi beliau tentunya salah tentang teori kuantum—ia tidak hanya bertahan tetapi juga terbukti sangat berharga dalam bidang pengkomputeran, biologi, optik, dan malah permainan peluang. Kini, secara menarik, ia mungkin merevolusikan lontaran dadu. Rawak adalah penting untuk keselamatan digital dan pengagihan sumber yang adil, kata sebuah makalah terbaru oleh penyelidik di Universiti Colorado Boulder dan NIST. Walau bagaimanapun, mencapai keaslian rawak yang tulen hampir mustahil dalam dunia fizikal. “Rawak sebenar adalah sesuatu yang tiada dalam alam semesta ini dapat meramalkan terlebih dahulu, ” jelas ahli fizik NIST, Krister Shalm. Ini menolak contoh klasik seperti lontaran dadu dan banyak nombor "rawak" yang dijana komputer, yang sering kali boleh diramal. Fisika kuantum menawarkan jalan penyelesaian. Ambil contoh eksperimen double-slit: satu demonstrasi asas di mana pancaran cahaya menghasilkan corak gangguan yang tidak dapat diramalkan apabila melalui dua celah. Berbeza dengan mekanik klasik, lokasi zarah adalah secara probabilistik, bukan deterministik, menunjukkan keaslian kuantum sebenar. Dengan menggunakan ujian Bell—satu kaedah yang menyaring penjelasan klasik bagi korelasi pengukuran—keaslian kuantum boleh disahkan. Shalm menyebut bahawa memanfaatkan korelasi ini dapat menghasilkan “penghasil nombor rawak terbaik yang dibenarkan oleh alam semesta. ” Tetapi, bagaimana untuk mengesahkan keaslian rawak sedemikian? Pengesahan adalah mencabar kerana banyak urutan nampak rawak tetapi sebenarnya tidak, dan keaslian sebenar sering kali bertentangan dengan intuisi. Penyelesaiannya terletak pada ujian Bell tanpa loophole yang canggih, yang mengukur korelasi antara pasangan foton dalam keadaan yang menolak peniruan klasik. NIST menggunakan teknik ini pada 2018 untuk menjana nombor rawak yang boleh disahkan. Peter Bierhorst, seorang ahli matematik di NIST, menggambarkannya sebagai “sistem yang selamat dari kegagalan” yang memastikan tiada siapa dapat meramalkan nombor mereka.

Berbeza dengan putaran syiling yang boleh diramal, keaslian kuantum menghasilkan korelasi statistik yang unik kepada sistem kuantum. Walaupun berkesan, pendekatan ini rumit dan perlahan, serta sangat bergantung kepada satu sumber tunggal yang boleh dijangkiti tanpa dikesan. Untuk mengatasi ini, penulis bersama Gautam Kavuri mencadangkan “satu cara yang benar-benar paranoid” untuk menjamin keaslian—sesuatu yang begitu kukuh sehingga menyamarinya memerlukan komunikasi lebih pantas daripada cahaya. Masuk CURBy (Colorado University Randomness Beacon), satu alat baharu yang hebat yang dibangunkan oleh NIST dan Universiti Colorado Boulder untuk membawa keaslian kuantum ke luar makmal sebagai kebaikan awam. CURBy menghasilkan nombor rawak kira-kira 15 juta kali setiap minit, menghasilkan dataset besar yang dihantar untuk diproses dan menghasilkan 512 bit rawak selepas kurang daripada tujuh minit—bersamaan dengan 2^512 (sejumlah 155 digit) kemungkinan hasil. NIST menyebut ini sebagai “undi syiling terbaik dari alam semesta. ” Namun, penghasilan nombor rawak hanyalah separuh daripada cerita; pengesahan mereka sama penting. Pasukan ini membangunkan Twine, satu protokol berasaskan kaitan rentetan hash ke dalam grafik hash—satu variasi blokchain yang canggih. Setiap blok data baharu (mewakili langkah dalam penjanaan nombor rawak) diikat secara kriptografi kepada blok sebelumnya, menjadikan penipuan tanpa diketahui sangat sukar. Tambahan pula, Twine menghubungkan rentetan hash dari pelbagai rantai bebas, membentuk graf yang tidak berarah. Sebarang pengubahsuaian jahat dalam satu rantai boleh mengganggu konsistensi di rantai lain, menjadikan penipuan tanpa dikesan hampir mustahil. Rangkaian yang saling berkaitan ini menjadi lebih kukuh apabila lebih banyak pihak bebas menyertainya. CURBy menyiarkan nombor rawaknya melalui laman web awam, membolehkan sesiapa sahaja mengesahkan integriti data. Jasper Palfree, pembantu penyelidik, menggambarkannya sebagai “sebuah tapestry kepercayaan, ” sebuah “jaringan rawak yang disumbang oleh semua tetapi tidak dikawal oleh mana-mana individu. ” Keterbukaan dan skala sebegini sesuai digunakan dalam pemilihan juri atau loteri awam, memastikan keadilan dan ketelusan. Penyelesaian ini juga merupakan gabungan yang anggun antara utiliti praktikal dan cabaran fizik kuantum yang kompleks. Seperti yang diperkatakan Kavuri, “NIST adalah tempat di mana anda mempunyai kebebasan untuk mengejar projek yang berani tetapi juga akan memberi sesuatu yang berguna. ”